Астрономы впервые услышали «звон» новорожденной черной дыры
Когда вы ударяете колокол молотком, он некоторое время звонит, поскольку вибрирующий металл продолжает резонировать. И, как выясняется, когда вы ударяете черную дыру другой черной дырой, происходит нечто подобное - только вместо звуковых волн вновь образованная черная дыра посылает гравитационные волны, распространяющиеся по всей Вселенной.
Эти гравитационные волны подобны аккорду, перезвону нот. В них, согласно Общей теории относительности Эйнштейна, должна быть закодирована информация о массе и спине черной дыры.
Теперь, в новом тесте относительности, команда астрономов выяснила, как выявить отдельные ноты в аккорде - или, вернее, частоты в гравитационных волнах - и впервые обнаружила две из них - что считалось невозможным с нашей нынешней технологией.
Вы можете быть не удивлены, узнав, что, согласно общей теории относительности, они смогли измерить массу и вращение черной дыры.
И они также смогли сделать вывод, что это были единственные обнаруживаемые свойства черной дыры - подтверждая , которая утверждает, что, в соответствии с общей теорией относительности, черные дыры могут характеризоваться только массой и вращением (все остальные свойства являются Волосы").
«Мы все ожидаем, что общая теория относительности будет правильной, но мы впервые подтверждаем это таким образом», - сказал физик Максимилиано Иси из Института астрофизики и космических исследований им. М.В. Кавли при Массачусетском технологическом институте.
«Это первое экспериментальное измерение, в результате которого непосредственно проверяется теорема об отсутствии волос. Это не означает, что у черных дыр не может быть волос. Это означает, что изображение черных дыр без волос живет еще один день».
Данное столкновение было самым первым из когда-либо обнаруженных, GW 150914 , в сентябре 2015 года. Ученые преобразовали гравитационные волны в звуковые волны, производя сигнал «чириканье»; вот как это звучит:
Как две черные дыры сливаются в одну, очень короткий период колеблется, когда новая черная дыра колеблется, испуская более слабые гравитационные волны. Это называется кольцом вниз, и ученые предположили, что оно будет слишком слабым для обнаружения или анализа после пика гравитационной волны в момент столкновения.
Ранее астрофизик Мэтью Гизлер из Калифорнийского технологического института и его коллеги с помощью моделирования определили , что сразу после пика гравитационной волны период подавления включал какофонию «обертонов» - громких, недолговечных тонов. Анализируя звуковой сигнал столкновения в контексте обертонов, команда могла бы выделить звонкую «подпись» новой черной дыры.
Иси и его команда взяли эту работу и применили ее к GW 150914, сосредоточившись на моменте сразу после пика чириканья. И они смогли выделить звонкую подпись - вплоть до идентификации двух различных тонов, соответствующих различным вибрационным частотам от новой черной дыры.
«Это был очень удивительный результат. Общепринятое мнение состояло в том, что к тому времени, когда остаточная черная дыра успокоится, чтобы можно было обнаружить любые тона, обертоны почти полностью распались бы», - сказал теоретический астрофизик Саул Теукольский из Корнельского университета.
«Вместо этого оказывается, что обертоны можно обнаружить до того, как основной тон станет видимым».
Эйнштейн предсказал, что высота тона при затухании столкновения с черной дырой будет прямым продуктом массы и вращения новой черной дыры. Команда смогла измерить высоту и затухание двух тонов, что, в свою очередь, позволило им исследовать свойства черной дыры.
Масса и вращение, рассчитанные на основе высоты тона и затухания, соответствовали предыдущим измерениям этих двух свойств - демонстрируя, что обнаружение обертонов утечки черной дыры может быть достигнуто сегодня при нынешних методах - что означает, что будущая технология может быть еще более совершенной.
"В будущем у нас будут лучшие детекторы на Земле и в космосе, и мы сможем увидеть не только два, но и десятки режимов, и точно определить их свойства", - сказал Иси.
"Если это не черные дыры, как предсказывает Эйнштейн, Если это более экзотические объекты, такие как червоточины или бозонные звезды, они могут не звенеть таким же образом, и у нас будет шанс увидеть их."
Исследование было опубликовано в .